差分約束知識點

2022-09-10 12:57:23 字數 1550 閱讀 4869

什麼是差分約束:

它旨在解決不等式組求最值的問題。

就是給你一組不等式,詢問你某兩個變數之間的最大值or最小值

eg:給定n個變數和m個不等式,每個不等式形如 x[i] - x[j] <= a[k] (1<=i,j<=n, 1<=k<=m,a[k]已知),求 x[n] - x[1] 的最大值

例 n=4,m=5 不等式組如下圖

我們可以兩兩相加得到幾個 x[4]-x[1] 的式子

1. (3) x4 - x1 <= 8

2. (2) + (5) x4 - x1 <= 9

3. (1) + (4) + (5) x4 - x1 <= 7

發現 min就是我們所要求的的 x4-x1 的最大值

差分約束中求最小值用≥

,跑最長路;求最大值用≤

,跑最短路

例題:n個人編號為1-n,並且按照編號順序排成一條直線,任何兩個人的位置不重合,然後給定一些約束條件。      

x(x <= 100000)組約束ax bx cx(1 <= ax < bx <= n),表示ax和bx的距離不能大於cx。      

y(y <= 100000)組約束ay by cy(1 <= ay < by <= n),表示ay和by的距離不能小於cy。

如果這樣的排列存在,輸出1-n這兩個人的最長可能距離,如果不存在,輸出-1,如果無限長輸出-2。

解:令第x個人的位置為d[x](不妨設d[x]為x的遞增函式,即隨著x的增大,d[x]的位置朝著x正方向延伸)。

那麼我們可以列出一些約束條件如下:

1、對於所有的ax bx cx,有 d[bx] - d[ax] <= cx;

2、對於所有的ay by cy,有 d[by] - d[ay] >= cy;

3、然後根據我們的設定,有 d[x] >= d[x-1] + 1 (1 < x <= n)  (這個條件是表示任何兩個人的位置不重合)

而我們需要求的是d[n] - d[1]的最大值,即表示成d[n] - d[1] <= t,要求的就是這個t

於是我們將所有的不等式都轉化成d[x] - d[y] <= z的形式,如下:

1、d[bx]  -  d[ax]    <=    cx

2、d[ay]  -  d[by]    <=  -cy

3、d[x-1] -    d[x]    <=    -1

對於d[x] - d[y] <= z,令z = w(y, x),那麼有 d[x] <= d[y] + w(y, x),所以當d[x] > d[y] + w(y, x),我們需要更新d[x]的值,

這對應了最短路的鬆弛操作,於是問題轉化成了求1到n的最短路。

對於所有滿足d[x] - d[y] <= z的不等式,從y向x建立一條權值為z的有向邊。

然後從起點1出發,利用spfa求到各個點的最短路,如果1到n不可達,說明最短路(即上文中的t)無限長,輸出-2。

如果某個點進入佇列大於等於n次,則必定存在一條負環,即沒有最短路,輸出-1。否則t就等於1到n的最短路。

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